雷火神山奇跡背后：裝配式建筑加減法施工

建筑面積3.39萬平方米、1000張床位的火神山醫(yī)院10天完成建設(shè)，而建筑面積7.99萬平方米、容納1600張床位的雷神山醫(yī)院，僅用了15天便開始移交。承建方之一中建三局一公司黨委書記吳紅濤稱，這一“中國速度”背后，是建造技術(shù)的創(chuàng)新。火神山和雷神山兩座醫(yī)院建設(shè)的最大秘密武器，是工業(yè)化裝配式建筑建造技術(shù)。中建三局綠色產(chǎn)業(yè)投資有限公司工作人員江濤告訴經(jīng)濟(jì)觀察報(bào)，其公司主要業(yè)務(wù)是裝配式建造。他透露，如果采用傳統(tǒng)混凝土建造工藝，3萬平方米建筑至少需要2年時(shí)間。雖然火神山醫(yī)院和雷神山醫(yī)院是新型冠狀病毒疫情下的應(yīng)急之舉，但在一定程度上反映了裝配式建筑在建造工藝和速度上具備突破的可能。

工廠遠(yuǎn)離工地

武漢火神山和雷神山醫(yī)院建設(shè)期間，所有人可以通過網(wǎng)絡(luò)直播查看工地現(xiàn)場(chǎng)建筑模塊吊裝的場(chǎng)景，不過，“云監(jiān)工”看不到的是，組成裝配式建筑的大部分構(gòu)建生產(chǎn)在裝配式工廠完成。江濤告訴經(jīng)濟(jì)觀察報(bào)，火神山醫(yī)院由一個(gè)個(gè)防護(hù)單元組成，每一間病房中的受力骨架和隔墻板材在工廠里加工好后，直接運(yùn)到工地按型號(hào)安裝，相當(dāng)于主體結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)全裝配，“像搭積木一樣蓋房子”。“考慮到工期非常緊張，醫(yī)院的建設(shè)要最大限度地將‘正負(fù)零’以上建設(shè)環(huán)節(jié)拆分。”江濤解釋，“正負(fù)零”即主體工程的基準(zhǔn)面，此次醫(yī)院的建設(shè)，要盡量減少主體建筑地上工程的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。“正負(fù)零”以下的部分，如場(chǎng)地平整和硬化、基礎(chǔ)工程、管道預(yù)埋、防滲膜施工等在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，“正負(fù)零”以上的結(jié)構(gòu)部分也在各大工廠同步施工。

江濤透露，中建三局在收到建設(shè)火神山醫(yī)院的指令后，需要設(shè)計(jì)、采購、施工并行，并根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化調(diào)整。因?yàn)榍》甏汗?jié)，許多建筑下游工廠早已休工，工人和材料儲(chǔ)備不足，短時(shí)間內(nèi)許多裝配式構(gòu)件工廠很難大量定制出貨。因此，建設(shè)方需要先統(tǒng)籌武漢周邊構(gòu)件工廠，統(tǒng)計(jì)市場(chǎng)上現(xiàn)有的裝配式集裝箱的規(guī)格型號(hào)、數(shù)量，再納入到設(shè)計(jì)中去，最大限度采用拼裝式工業(yè)化成品。“設(shè)計(jì)方案一直在調(diào)整”，比如某家工廠貨量不夠，其他工廠的部品規(guī)格也可以靈活組合，圖紙根據(jù)聯(lián)系到的貨源實(shí)際情況調(diào)整。如果按照傳統(tǒng)建造方式，先設(shè)計(jì)再去市場(chǎng)采購，市面上不一定有。江濤認(rèn)為，10天造出一座醫(yī)院，在建造方面主要得益于裝配式技術(shù)的靈活性。幾十道工序齊頭并進(jìn)，精確每一步施工計(jì)劃所需時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)施工和整體吊裝穿插進(jìn)行，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行糾偏，有序?qū)樱?ldquo;不浪費(fèi)一分一秒”。

用系統(tǒng)替代人

要實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)的配合，需要一整套數(shù)字化系統(tǒng)配合?；鹄咨裆结t(yī)院的建設(shè)采用了全過程BIM模擬施工技術(shù)優(yōu)化施工方案，對(duì)基礎(chǔ)圖紙柱距、寬度、凈空、設(shè)備吊掛、門窗位置等進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，為后續(xù)施工留出寶貴時(shí)間。遠(yuǎn)大住工是一家專業(yè)從事裝配式建筑的公司，采用一套PC-CPS智能制造管理體系。遠(yuǎn)大住工總裁唐芬用“柔性制造+數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”來解釋PC-CPS的運(yùn)作模式。柔性制造是為了應(yīng)對(duì)產(chǎn)品端的不確定性。每一家房企建造的房子不可能相同，工廠生產(chǎn)復(fù)雜度又很高，目前技術(shù)及成本控制尚未實(shí)現(xiàn)完全定制化、批量生產(chǎn)。因此，遠(yuǎn)大住工從建筑設(shè)計(jì)端向下拆解一個(gè)維度，從整體拆解到模塊，再通過標(biāo)準(zhǔn)化的模塊組合出多樣化的建筑。唐芬認(rèn)為，從前端提升模塊通用性，是為后端拼裝組合的多元協(xié)同創(chuàng)造條件。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)是為了解決需求端的不確定性問題。“生產(chǎn)快了，產(chǎn)品沒地方擱;生產(chǎn)慢了，又影響工地進(jìn)度。”唐芬稱，“庫存難題”是多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)面臨的通病，在裝配式建筑行業(yè)叫“堆場(chǎng)”。有些企業(yè)擔(dān)心產(chǎn)品供應(yīng)不上，接到訂單后進(jìn)行拆模，把部件全部生產(chǎn)出來，再進(jìn)行下一環(huán)節(jié)的裝模;或是因?yàn)楫a(chǎn)品線不足，只能先批量生產(chǎn)完某一種模具，再進(jìn)行下一種模具的生產(chǎn)。唐芬介紹，這種生產(chǎn)方式僅適合規(guī)模較小的工廠，應(yīng)對(duì)少量訂單。建筑制造業(yè)屬于重資產(chǎn)行業(yè)，提前生產(chǎn)大量部品，需要占用大量資金和生產(chǎn)資源;租用、購買大型堆場(chǎng)用地也在增加生產(chǎn)成本。唐芬說，房地產(chǎn)行業(yè)出現(xiàn)任何變數(shù)和調(diào)整，都會(huì)影響到企業(yè)回款和產(chǎn)品交接。本來部件出廠后直接運(yùn)到工地，如果需要轉(zhuǎn)運(yùn)到堆場(chǎng)，二次轉(zhuǎn)運(yùn)成本和效率浪費(fèi)尤為嚴(yán)重。“生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，交付給客戶才能算你的收入”。

傳統(tǒng)制造業(yè)生產(chǎn)線是順流管理，采購多少原材料，采購后放在哪里，加工排產(chǎn)，生產(chǎn)多少，模塊組裝，入庫管理，物流發(fā)貨，工地確認(rèn)，下一批次生產(chǎn)。在工業(yè)化生產(chǎn)初期，細(xì)致到每一條生產(chǎn)線多少人，多條生產(chǎn)線同時(shí)開工，這些工作原本都需要人拿著Excel表格去匹配。一旦訂單量大幅增加，人作為生產(chǎn)線上核心要素，便很容易出錯(cuò)。以遠(yuǎn)大住工一個(gè)5條生產(chǎn)線規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)工廠為例，每年數(shù)據(jù)量是千萬級(jí)別，靠幾個(gè)人拿著Excel表格去排產(chǎn)，不可避免會(huì)產(chǎn)生疏漏。因此，PC-CPS系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)以需定產(chǎn)，從需求端來拉動(dòng)生產(chǎn)線。具體操作上，首先，CPS系統(tǒng)將遠(yuǎn)大住工多年積累的數(shù)據(jù)整合出一個(gè)算法，從原料端開始，把人、機(jī)、物料、時(shí)間等所有資源要素先在Cyber(虛擬系統(tǒng))中進(jìn)行預(yù)設(shè)。其次，CPS系統(tǒng)將產(chǎn)業(yè)鏈各種要素進(jìn)行數(shù)字化定義，完成設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、施工、運(yùn)維的全過程。在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)過程中，所有產(chǎn)品在Cyber系統(tǒng)設(shè)定時(shí)，便擁有一個(gè)唯一的數(shù)字身份證，或者叫非接觸的射頻碼。

數(shù)字身份證

在生產(chǎn)階段，通過掃碼，觸發(fā)生產(chǎn)線運(yùn)作，生產(chǎn)出來的部品放到庫中進(jìn)行半成品和組模準(zhǔn)備。半成品庫掃碼也會(huì)直接觸發(fā)供應(yīng)商進(jìn)行原材料的備貨和送貨。第一批產(chǎn)品生產(chǎn)出來運(yùn)到工地前，所有產(chǎn)品在吊裝前通過掃碼確認(rèn)，產(chǎn)品是否完成組裝。同時(shí)，Cyber系統(tǒng)收到觸發(fā)指令，讓工廠庫進(jìn)行下一批貨的排產(chǎn)發(fā)貨。如果工地發(fā)生變化，只需要一個(gè)信號(hào)，系統(tǒng)便會(huì)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。從原材料到交付客戶，簽收、結(jié)算全部在系統(tǒng)中進(jìn)行。唐芬透露，通過數(shù)字化驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)后，管理過程的人為因素干擾減少了95%以上，剩下5%來自一些現(xiàn)場(chǎng)變化，或是生產(chǎn)過程中的不確定因素以及設(shè)計(jì)的調(diào)整等。PC-CPS系統(tǒng)試圖構(gòu)建不依賴人的生產(chǎn)過程，“管理人員的主要工作，一是嚴(yán)格遵循這套系統(tǒng)的指令來操作執(zhí)行;二是出現(xiàn)誤差時(shí)，找到誤差產(chǎn)生的原因。”唐芬稱。

非標(biāo)準(zhǔn)化掣肘

談起2017年強(qiáng)制實(shí)施數(shù)字化改革動(dòng)因，唐芬稱是個(gè)幸福的煩惱。“2017年上半年，各工廠突然到了崩潰的邊緣。”這種崩潰不是因?yàn)闆]有訂單，沒有市場(chǎng)，而是生產(chǎn)供應(yīng)不上客戶訂單。彼時(shí)，唐芬經(jīng)常會(huì)收到客戶催貨函，有一些客戶甚至發(fā)出通牒，如果影響工程進(jìn)度，將進(jìn)行索賠。遠(yuǎn)大住工通過更換管理層、增加生產(chǎn)工人治了標(biāo)，但問題根源并沒有解決。唐芬說，現(xiàn)代工業(yè)講究產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，企業(yè)研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)產(chǎn)品，并投向市場(chǎng)，全流程的主導(dǎo)權(quán)在企業(yè)手中。但建筑產(chǎn)品設(shè)計(jì)不是由生產(chǎn)方?jīng)Q定，而是由客戶提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，對(duì)生產(chǎn)企業(yè)而言，這是不可控的。其次是建筑產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)時(shí)建筑市場(chǎng)沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)大住工不能要求全國開發(fā)商適應(yīng)自己的標(biāo)準(zhǔn)。此外，建筑業(yè)是一個(gè)周期性較長(zhǎng)的行業(yè)，遠(yuǎn)大住工的預(yù)制混凝土構(gòu)件產(chǎn)品數(shù)量大，種類多，對(duì)儲(chǔ)存空間要求很高，不可能等產(chǎn)品全做好了，再去統(tǒng)一交付。必須跟隨開發(fā)商的施工進(jìn)度，一個(gè)工廠要同時(shí)面對(duì)多個(gè)工地。每個(gè)項(xiàng)目工地雖然有施工計(jì)劃、供貨安排，但受天氣、開發(fā)商資金、環(huán)保檢查等因素影響，建設(shè)周期經(jīng)常存在變數(shù)。唐芬表示，想解決這些問題，需要把“人”在生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)的重要性降下來。遠(yuǎn)大住工開始下決心，強(qiáng)制推動(dòng)數(shù)字化、信息化變革。

按照2017年住建部發(fā)布的《“十三五”裝配式建筑行動(dòng)方案》，到2020年，國內(nèi)裝配式建筑占新建建筑面積比例將達(dá)15%以上。據(jù)此測(cè)算，2020年裝配式建筑市場(chǎng)規(guī)模將超過萬億元。在這個(gè)號(hào)稱萬億的市場(chǎng)中，如何通過平衡成本與規(guī)模分到更多的蛋糕，數(shù)字化被遠(yuǎn)大住工看成是支點(diǎn)。為解決終端非標(biāo)準(zhǔn)化掣肘，2017年下半年，遠(yuǎn)大住工開始全力推動(dòng)了上述PC-CPS智能制造管理系統(tǒng)。

成本與規(guī)模平衡

全面推行PC-CPS系統(tǒng)近3年時(shí)間，唐芬稱，無論是人均產(chǎn)效、模具成本，還是整個(gè)生產(chǎn)組織效率都得到了提升。用機(jī)器來取代人，用工廠來取代工地，是遠(yuǎn)大住工的愿景和目標(biāo)。PC-CPS系統(tǒng)在解決手工作業(yè)的極限問題。從成本上看，唐芬透露，由于建筑產(chǎn)品的非標(biāo)準(zhǔn)性，裝配式建筑行業(yè)的模具平均成本占比超過10%。推行PC-CPS系統(tǒng)后，通過柔性制造、向下拆解模塊后，遠(yuǎn)大住工的模具成本從7%降至2%以內(nèi);從效率上看，目前行業(yè)人均產(chǎn)效為0.3-0.5立方米/人天，遠(yuǎn)大住工的人均產(chǎn)效達(dá)到2立方米/人/天。唐芬表示，開發(fā)商最關(guān)注的是成本。在國家政策加持下，相較混凝土現(xiàn)澆，裝配式建筑具備施工周期短、效率高、成本低、用工量少、環(huán)保屬性強(qiáng)等特點(diǎn)。江濤解釋，生產(chǎn)一塊預(yù)制混凝土墻，需要先鍛造一個(gè)模，再在模具里澆注混凝土。假設(shè)一個(gè)模需要2萬元，一棟33層的樓需要33塊此類預(yù)制墻，這個(gè)模的成本就平攤到每面墻里。如果一個(gè)項(xiàng)目“正負(fù)零”以上部分主體結(jié)構(gòu)一樣，模可以循環(huán)利用，其成本分?jǐn)偟矫恳粔K預(yù)制墻就更少。以此類推，多個(gè)項(xiàng)目規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化批量生產(chǎn)，成本便能有效降低。

另一個(gè)增加裝配式建設(shè)成本的因素是運(yùn)輸。運(yùn)距不同，費(fèi)用也不同，一般經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑為150公里以內(nèi)，300公里為適宜推廣區(qū)域，300-500公里為可推廣區(qū)域，超出500公里，受物流成本限制較難推廣。江濤透露，一個(gè)裝配式構(gòu)件工廠大致需要2億-3億元，除非有超大體量的工程，否則在項(xiàng)目周圍建廠、以減少運(yùn)距的這一方案并不可行。其所在的中建三局綠投公司在武漢市郊有兩個(gè)固定廠房，一般收到訂單制作完成后，再將構(gòu)件運(yùn)到城區(qū)的項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)拼裝。為實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)布局，遠(yuǎn)大住工推出了“遠(yuǎn)大聯(lián)合計(jì)劃”，由遠(yuǎn)大住工和當(dāng)?shù)貥I(yè)務(wù)伙伴合作成立聯(lián)合工廠生產(chǎn)PC預(yù)制件。每一家工廠投資額在2100萬-4200萬元，遠(yuǎn)大住工持股35%，通過這一方式，遠(yuǎn)大住工的業(yè)務(wù)輻射超過100個(gè)城市。不過，多個(gè)房企項(xiàng)目負(fù)責(zé)人告訴經(jīng)濟(jì)觀察報(bào)，目前裝配式在房地產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍較小，成本是最重要原因。一位在Top3房企負(fù)責(zé)建筑板塊的人士透露，混凝土PC比例從15%到40%不等，裝配式建筑比傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土的成本每平方米高出300-800元。PC率越高，價(jià)格越貴，最高建筑成本可以增加約20%。在建造效率方面，理論上裝配施工速度比傳統(tǒng)施工快30%-50%。從實(shí)際施工來看，裝配式建造第一層耗時(shí)較長(zhǎng)，大致在8-10天，平均下來，建造一層時(shí)間為5-7天。而現(xiàn)澆式建造首層耗時(shí)在7-8天，其他層建造時(shí)間與裝配式相差無幾。唐芬也承認(rèn)，如果不能實(shí)現(xiàn)規(guī)模化，建筑產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化便沒有意義。江濤提醒，如果只看主體結(jié)構(gòu)裝配式，目前其并不比傳統(tǒng)混凝土現(xiàn)澆便宜，但如果能實(shí)現(xiàn)全裝配，比如將精裝修、外墻裝飾、機(jī)電等納入，才能較明顯降低綜合成本。此外，各地針對(duì)裝配式建筑已陸續(xù)出臺(tái)相關(guān)優(yōu)惠政策，如武漢在裝配式建筑地塊出讓時(shí)，便允許其可將預(yù)售節(jié)點(diǎn)提前，一般需達(dá)到地面結(jié)構(gòu)一半以上才能預(yù)售，裝配式項(xiàng)目?jī)H需1/3。其次，裝配式項(xiàng)目可降低監(jiān)管資金比例、容積率獎(jiǎng)勵(lì)、備案價(jià)審批時(shí)可高于周圍其他項(xiàng)目等。

10天造出一座醫(yī)院，在建造方面主要得益于裝配式技術(shù)的靈活性。幾十道工序齊頭并進(jìn)，精確每一步施工計(jì)劃所需時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)施工和整體吊裝穿插進(jìn)行，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行糾偏，有序?qū)樱?ldquo;不浪費(fèi)一分一秒”。以上內(nèi)容就是“雷火神山奇跡背后：裝配式建筑加減法施工”，更多精彩內(nèi)容可關(guān)注環(huán)球網(wǎng)校，也可點(diǎn)擊下方免費(fèi)下載領(lǐng)取學(xué)習(xí)資料。